遥感导论复习重点(4)

目前已经可以通过卫星观测系统，获取全球或任何感兴趣区域的空间连续的高分辨率气象和环境资料,不受国界限制。

时间取样优势

气象卫星观测可以大大地改善资料的时间取样频次。特别是静止气象卫星可以获得每小时一次的大范围实时资料，必要时甚至可以获取半小时的资料。有利于对灾害性天气的动态监测。

双星组网的极轨气象卫星也可以每天提供4次全球覆盖的图象资料和垂直探测资料。而常规高空站每天只在00时12时（世界时）进行两次观测,且无法观测海洋和无人地区。 资料一致性优势

与地面和高空常规观测相比，卫星资料具有内在的均一性和良好的代表性。

尽管世界气象组织（WMO）已经颁布了一系列规范来统一常规观测仪器的性能和观测方法，但仍不能避免不同国家和地区、使用不同仪器和方法获得的资料的不一致性。 测站分布的不均匀等，也使资料的不确定性增加。

气象卫星是在较长一段时期内使用同一仪器对全球进行观测，资料的相对可比较性强、分布均匀一致性好。卫星资料则是对一定视场面积内的取样平均值，具有较好的区域代表性。 综合参数观测优势

与其它观测方法相比，气象卫星是从大气层外这个新视角观测地球?a大气系统的，所以有些重要的气候变量，特别是通过整个垂直方向大气层的积分参数，如地气系统的反照率、大气顶的地气系统的射出长波辐射，只能通过气象卫星观测才能获得。

目前已成功地从气象卫星观测资料中导出了全球大气温度和湿度廓线、辐射平衡、海陆表面温度及云顶温度、风场、云参数、冰雪覆盖、云中液态水含量和降水量、臭氧总量和廓线、陆地下垫面状态、植被状况等诸多重要气候和环境参数,这是任何其他观测手段所不能观测的。

FY-1C\\D通道编号、波长范围及其主要用途

通道1、2的探测波段分别处于植被反射的低谷和高峰区，利用二者的差值可以计算各种植被指数，植被指数能反映作物、森林、草场的生长情况，病虫害及作物缺水状况，并能进行作物估产，这个通道还可以做判识水陆边界，河口泥沙海冰等。

通道3处在红外短波窗区，它对检测地面高温热源，比如，森林和草场的火灾特别有效。

通道4、5处于红外窗区，用以测量地面温度，这两个通道相结合的目的在于对海面温度反演中对大气削弱进行订正，计算的地表和海表温度在农业、渔业、洋流、城市热岛等方面有广泛的应用。

通道6对雪的反射率较低，与其它通道结合有助于云、雪的判识，同时此通道对土壤湿度比较敏感，有助于干旱监测。

通道7-9是海洋水色通道，海洋水色反映海洋中叶绿素的含量，他还可以反映海洋浑浊度和海洋污染以及赤潮等情况。

通道 10是低层水汽通道，用于大气修正和大气透过率的计算。

火情监测

在AVHRR图象中，由于高温目标在通道三的亮温大大高于背景象元的亮温，因而在通道三图象上，含火点象元与周围象元产生明显反差。

利用增强，多通道彩色合成、阈值判断等处理技术，可以从AVHRR资料中得到反映地面明火区、过火区、未燃区（森林、草原、农田）、烟雾范围和方向等各种反映林火和草原火的信息。并可探测到面积低于一个象元的亚象元火点。

极轨气象卫星（FY、 NOAA）覆盖范围宽广，每天观测频次在中高纬度达8-10次，可以多频次的监测火情。

沙尘暴监测

3、气象卫星的应用领域（见P49） 天气分析与气象预报

气候研究与气候变迁的研究

资源环境领域：海洋研究、森林火灾、水污染

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二、陆地卫星系列

1、美国Landsat系列

（1）轨道参数：Landsat－4、5、6号采用飞行高度为705km，轨道倾角为98度的太阳同步准回归轨道，通

过赤道时刻为地方平均时上午9:39。它用16天时间对整个地球观测一遍，第17天返回到同一地点的上空（17日回归）。

（2）观测仪器：星上搭载多光谱扫描仪（MSS）和专题扫描仪（TM）两种遥感器。TM是4号星以后搭载

的，观测参数见表。

TM数据是第二代多光谱段光学——机械扫描仪，是在MSS基础上改进和发展而成的一种遥感器。TM采取双向扫描，提高了扫描效率，缩短了停顿时间，并提高了检测器的接收灵敏度。 ETM数据是第三代推帚式扫描仪，是在TM基础上改进和发展而成的一种遥感器。

两种遥感器都是采用扫描镜进行机械扫描的方式，MSS的IFOV为80m，TM的IFOV除6波段的热红外以外为30m。地面上的观测宽度约185KM。此外，6号星以后仅搭载ETM，并予定追加IFOV为15ｍ的全色波段。数据通过跟踪及数据中继卫星TDRS（tracking and data relay satellite）传送到地面站。

各景的位置根据卫星轨道所确定的轨道号和由中心纬度所确定的行号进行确定。这一系统称WRS（world reference system），中国全土可用轨道号从113到151 ，行号从23到45的约530景覆盖。数据通常用CCT提供给用户，在CCT上，每个数据单位（称为像元）是把与遥感器的分辨率几乎相同的地面面积上的反射亮度强度记录到每个波段上，各波段强度用8比特的数值来表示。

如果是系统校正过的数据，那么根据下式，可以把数据值（V）变换成绝对辐射亮度R(mW/cm2.sr) R=V(Rmax-Rmin)/Dmax+Rmin

式中：Rmax、Rmin分别为探测器的最大及最小辐射亮度，Dmax对于MSS和TM分别为128和256。TM和MSS的Rmax、Rmin分别表示于表2和3中。要注意的是，L是在卫星上的观测值，由于大气的影响，它与地面上的观测值是不一致的。

2、法国SPOT

Spot是近极地卫星，轨道近极地有利于增大卫星对地面总的观测范围。考虑到地球绕极轴的自转和卫星98度的轨道倾斜面，Spot卫星能在其26天的运行周期内飞过地球上任何一点的上空。 特点是立体观察、立体成像。

3、中巴地球资源卫星CBERS

中巴资源卫星由中国与巴西1999年10月14日合作发射，是我国的第一颗数字传输型资源卫星 卫星参数：太阳同步轨道 轨道高度778公里,倾角:98.5o 重访周期26天；平均降交点地方时为上午10：30 ； 相邻轨道间隔时间为 4 天；扫描带宽度:185公里；星上搭载了CCD传感器、IRMSS红外扫描仪、广角成像仪，由于提供了从20米—256米分辨率的11个波段不同幅宽的遥感数据，成为资源卫星系列中有特色的一员。

?CCD相机

?红外多光谱扫描仪

?广角成像仪

高分辨率CCD像机具有与陆地卫星的TM类似的几个谱段(5个谱段)，其星下点分辨率为19.5m，高于TM(30m)；覆盖宽度为113 km。

B1:0.45～0.52μm，蓝,相当于TM1 。 B2:0.52～0.59μm，绿,相当于TM2 。 B3:0.63～0.69μm，红,相当于TM3 。

B4:0.77～0.89μm，近红外,相当于TM4 。

B5:0.51～0.73μm，全波段。

红外多光谱扫描仪IRMSS(4个谱段)，覆盖宽度为119.5 km。 B6:0.50～1.10μm，蓝绿～近红外, 分辨率77.8 m。

B7:1.55～1.75μm，近红外相当于TM5,分辨率为77.8 m。

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B8:2.08～2.35μm，近红外相当于TM7,分辨率为77.8 m。 B9:10.4～12.5μm，热红外相当于TM6,分辨率为156 m。 广角成像仪WFI(2个谱段)，覆盖宽度890 km。 B10:0.63～0.69μm，红,分辨率为256 m。 B11:0.77～0.89μm，近红外,分辨率为256 m。

4、IKONOS

自从l994年3月lO日美国克林顿政府颁布关于商业遥感数据销售新政策以来，解禁了过去不准10~1 m级分辨率图像商业销售，使得高分辨率卫星遥感成像系统迅速发展起来。

美国空间成像公司(Space-Imaging)的IKONOS卫星是最早获得许可之一。经过5年的努力，于1999年9月24日空间成像公司率先将IKONOS-2高分辨率(全色1 m，多光谱4 m)卫星，由加州瓦登伯格空军基地发射升空。

具有太阳同步轨道，倾角为98.1°。设计高度681km(赤道上)，轨道周期为98.3 min，下降角在上午10:30，重复周期l～3 d。

携带一个全色1 m分辨率传感器和一个四波段4 m分辨率的多光谱传感器。 传感器由三个CCD阵列构成三线阵推扫成像系统。 全色光谱响应范围：0.15～0.90μm

而多光谱则相应于Landsat-TM的波段：

MSI-1 0.45～0.52μm 蓝绿波段，相当于TM1 MSI-2 0.52～0.60μm 绿红波段，相当于TM2 MSI-3 0.63～0.69μm 红波段，相当于TM3 MSI-4 0.76～0.90μm 近红外波段，相当于TM4

5、Quikbird

QuickBird是美国DigitalGlobeg公司于2001年10月18日发射成功的高分辨率遥感卫星，其空间分辨率达到了0.61米，是目前全球最高分辨率商业卫星，除了分辨率高优势之外，快鸟还在多光谱成像（1个全色通道、4个多光谱通道）、成像幅宽（16.5公里X 16.5公里）、成像摆角等方面具有显著的优势。 ?是美国DigitalGlobe公司的高分辨率商业卫星，于2001年10月18日在美国发射成功。 ?卫星轨道高度450 km,倾角98°,卫星重访周期1～6 d（与纬度有关）。

?QuickBird图像，目前是世界上分辨率最高的遥感数据，为0.61 m，幅宽16.5 km。

?可应用于制图、城市详细规划、环境管理、农业评估。

三、海洋卫星系列：

1. 海洋卫星简介

世界海洋卫星包括三大类： 海洋水色卫星：

海洋地形卫星： 海洋环境卫星： 2. 海洋卫星探测的特点 （1）全天候全天时探测 （2）半球或全球探测 （3）长期不间断监测 （4）定性定量探测

（5）轨道定位精度高

（6）海洋水色探测器接收的是离水辐射率

（7）探测海洋水色要素，需要细分波段，即波段多而狭窄 （8）探测器配套性好

3. 卫星海洋探测的发展阶段

（1）探索试验阶段（1970～1978）

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(2 ) 试验研究阶段（1978～1985） (3 ) 应用研究阶段（1985～）

4.我国海洋卫星状况 海洋一号（HY-1A）卫星是中国第一颗用于海洋水色探测的试验型业务卫星。星上装载两台遥感器，一台是十波段的海洋水色扫描仪，另一台是四波段的CCD成像仪。 HY-1A卫星主要任务是用于探测海洋水色环境要素(包括叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、可溶性有机物)、水温、海洋污染物等。 HY-1A卫星于北京时间2002年5月15日9时50分在太原卫星发射中心与FY-1D卫星由长征四号乙火箭一箭双星发射升空。

复习题

1.比较航天遥感和航空遥感的特点。

2.了解遥感卫星的轨道类型（太阳同步轨道和地球同步轨道） 3.了解陆地卫星、气象卫星和海洋卫星各自的特点及应用。

第六章 微波遥感

§6-1 微波遥感概述

一、微波遥感及特点

1.微波遥感概念:电磁波中波长在1mm～1m的波段范围称微波波段。

微波遥感是指通过微波传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射，经过判读处理来识别地物的技术。 微波遥感两种方式:主动方式，如合成孔径雷达、微波散射计、雷达高度计等。

被动方式，即观测地表目标的辐射方式，如微波辐射计等。 微波特性：频率特性与极化特性

微波散射计：向有起伏的物体表面发射微波，然后对其反射信号接受。 微波辐射计：被动接受来自地面的辐射。 2、微波遥感特点

（1）穿透云层能力强，能全天时、全天候工作

（2）对目标的鉴别能力强，对某些地物具有特殊的波谱特性。如钢、水和混凝土，在同温度下，红外比辐射率分别是0.6?a0.9，0.9和0.9，差别是不明显的，而相应的微波比辐射则分别大0.0，0.4和0.9，根据遥感的辐射强度，就能辨认出目标 （3）对物体的穿透能力强。

（4）获得信息不同。例如，可见光和红外照片上土壤及植物的颜色，主要由它们的表面层分子谐振所决定，而微波遥感照片的颜色，则反映了土壤和植物的几何体及介质特性。将这两方面信息综合起来，就获得了目标的全面信息。因此，微波遥感，红外遥感和可见光遥感也是相互补充的。 （5）分辨率低，但特性明显；

（6）对海洋遥感具有特殊意义。 二、微波辐射特征

微波属于电磁波，具有电磁波的基本特征，包括反射、吸收、散射、透射等规律。

叠加： 相干性：

衍射：

极化：当电磁波在空间传播时，其电场强度矢量的方向具有固定的规律，这种现象称为电磁波的极化。极化方式是卫星电视信号的电磁场振动方向的变化方式。

极化方式分为垂直极化和水平极化。考虑到发射天线和接收天线的架设方便，减少重影，以及避开其它电

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波的干扰等因素，垂直极化波大多用于中波广播、移动通讯、卫星电视广播等，水平极化波大多用于短波广播、地面电视广播、调频广播和卫星电视广播等。

现代远程教育的卫星信号极化方式既有水平极化又有垂直极化。 三、微波传感器

1、非成像传感器

微波遥感应用的非成像传感器主要有微波散射计和雷达高度计。

微波散射计：主要用来测量地物的散射和反射特性。通过变换发射雷达波束的入射角，或变换极化特征以

及变换波长，研究在不同条件下对目标物散射特性的影响。 雷达高度计：测量目标与遥感平台的距离，从而可以准确得知地表高度的变化，海浪高度等参数。 2、成像传感器

主动遥感如侧视雷达、合成孔径雷达； 被动遥感如微波辐射计；

微波辐射计：主要用于探测地面各点的亮度温度并生成亮度温度图象。地面物体发射微波强度与自身的亮度温度有关。

侧视雷达：是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面发射一个窄的脉冲，覆盖地面上这一侧的一个条带，然后接收在这一条带上地物的反射波，从而形成一个图像带。随着飞行器前进，不断地发射这种脉冲波束，又不断接收回波，从而形成一副一副的图象。

合成孔径雷达：与侧视雷达类似，在平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面发射信号。所不同的是将发射和接收天线分成许多小的单元，每一单元发射和接收信号的时刻不同。由于天线位置不同，记录的回波相位和强度都不同。优点是提高了图象在飞行方向上的分辨率。天线的孔径越小，分辨率越高。

§6-2 侧视雷达的工作原理

一、雷达概述

雷达(radar)原是―无线电探测与定位‖的英文缩写。

雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方向、速度等状态参数。

雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。

侧视雷达成像与航空摄影不同，航空摄影利用太阳光作为照明源，而侧视雷达利用发射的电磁波作为照射源。它与普通脉冲式雷达的结构大体上相近。图为脉冲式雷达的一般组成格式。它由一个发射机，一个接收机，一个转换开关和一根天线等构成。

雷达测距:

根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离为：S=cT/2 S：目标距离

T：电磁波从雷达到目标的往返传播时间 C：光速

雷达测方向 雷达测速度:

多普勒效应: (P74)

雷达的战术指标：作用距离、威力范围、测距分辨率与精度、测角分辨率与精度、测速分辨率与精度、系

统机动性等。

二、侧视雷达工作原理

雷达遥感的信息特征

(1) 雷达影像的色调差异主要取决于回波的强弱

(2) 一般来说,距离近的物体回波强,距离远的物体回波较弱 (3) 金属物体往往都有较强的回波

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